Введение к работе
Актуальность темы.
Длительный срок эксплуатации нефтезаводского оборудования, износ которого достигает 100%, ставит перед специалистами, эксплуатирующими это оборудование, сложную проблему, связанную с определением остаточного ресурса и оценкой накопленных повреждений.
Аппараты для переработки нефти, особенно используемые во вторичных процессах, находятся под воздействием силовых и температурных факторов, обуславливающих усталостные повреждения, повреждения от ползучести. При этом в металле оболочек аппаратов происходят сложные явления, связанные с воздействием среды.
Моделирование основных механизмов накопления повреждений может дать сведения общего характера, так как практически невозможно воспроизвести в лабораторных условиях деформирование реальных аппаратов. Во многих случаях механизмы накопления повреждений детально не изучены, особенно в сварных соединениях, поскольку металл оболочек аппаратов труднодоступен для металлографического анализа и определения параметров трещиностойкости.
В связи с изложенным, актуальным является вопрос комплексного изучения механизмов накопления повреждений в металле оболочек аппаратов, включающий лабораторные и промышленные исследования с применением современных методов анализа.
Основные направления исследований выполнены в соответствии с Государственной научно-технической программой Академии наук Республики Башкортостан ((АН РБ) «Проблемы машиностроения, конструкционных материалов и технологии» по направлению 6.2. «Надежность и безопасность технических систем в нефтегазохимическом комплексе» на 1996-2000 годы, утвержденной Постановлением Кабинета
министров РБ № 204 от 26.06.96, а также по Федеральной целевой программе «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы (ФЦП «Интеграция») по государственному контракту № 28 «Создание совместного учебно-научного центра «Механика многофазных систем в технологиях добычи, транспорта, переработки нефти и газа».
Цель работы. Определение характера накопления повреждений в сварных соединениях оболочек реакторов установок замедленного коксования (УЗК) с учетом нестационарности температурного поля.
Основные задачи исследования.
-
Моделирование на лабораторной установке процесса деформирования оболочки реактора за счет хаотичного распределения потока сырья.
-
Расчет поля напряжения в оболочке реактора с учетом нестационарности температурного поля и оценка характера нагружения сварного шва в узле приварки опорной обечайки методом конечных элементов (МКЭ).
-
Изучение процесса накопления повреждений в сталях 16ГС и 09Г2С, имеющих сварные соединения, при циклическом нагружении образцов на чистый изгиб.
-
Изучение распределения механических свойств и параметра трещиностойкости в сварных соединениях металла реактора УЗК ПО «Омскнефтеоргсинтез».
-
Изучение процесса деградации структуры металла 16ГС и 09Г2С методами металло- и фрактографии.
Научная новизна.
1. Впервые при полномасштабном моделировании процесса
заполнения реактора УЗК получены траектории движения оболочки
аппарата, снабженного различными узлами ввода сырья, которые
согласуются с промышленными испытаниями.
2. Показано, что коэффициент трещиностойкости в зоне сварных
швов промышленного реактора УЗК, изготовленного из стали 16ГС
(основной металл), изменяется по параболической зависимости с
максимумом в зоне термического влияния.
3. Экспериментально показано наличие полиэкстремальных
зависимостей Кіс от числа циклов нагружения на чистый изгиб для сталей
16ГС и 09Г2С, на которых выделено две области резкого снижения
трещиностойкости в области 500 и 2000-2500 циклов.
Практическая ценность.
Полученные результаты позволили выявить особенности накопления повреждений в сварных соединениях реакторов УЗК, которые использованы для уточнения методики оценки ресурса аппаратов. Материалы диссертации используются при преподавании предметов «Расчет и конструирование машин и аппаратов», «Физическая природа разрушения» для студентов специализации 17.05.01 «Машины и аппараты химических производств».
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены:
-на научно-практической конференции «Техника на пороге XXI века», АН РБ, 1999;
-на втором научно-техническом семинаре «Обеспечение промышленной безопасности производственных объектов топливно-энергетического комплекса РБ.- Уфа, 1999.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в семи печатных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованных источников, включающего 89 наименований, приложений; изложена на 117 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 8 таблиц и 3 приложения.
Исследования по механике разрушения, фракто- и металлографии выполнены под руководством к.т.н. Чирковой А.Г.
